close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Интеллектуальные средства управления высокоэффективной дизель-генераторной установкой переменной частоты вращения..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3: в 5 ч. Ч. 4
УДК 629.9:502.14:62-83
О.С. Хватов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (831) 436-93-79,
khvatov@aqua.scinnov.ru (Россия, Н.Новгород, ВГАВТ),
А.Б. Дарьенков, канд. техн. наук, доц., (831) 419-35-13,
fae@nntu.nnov.ru (Россия, Н.Новгород, НГТУ)
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ
УСТАНОВКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
Приведено описание функциональной схемы дизельной электростанции переменной частоты вращения на базе синхронного генератора. Рассмотрены функциональная схема и алгоритм работы интеллектуального электропривода топливного насоса дизель-генераторной установки переменной частоты вращения.
Ключевые слова: оптимальный режим работы дизеля, частота вращения вала, синхронные генераторы.
Системы «дизель−генератор» (Д−Г) строятся, как правило, на базе
синхронных генераторов (СГ). Требование обеспечения стабильной частоты выходного напряжения (f1=const) СГ обусловливает необходимость стабилизации частоты вращения ω вала дизеля независимо от мощности нагрузки P. Такой режим работы дизеля является неоптимальным с точки
зрения потребления топлива. Оптимального режима работы дизеля можно
достигнуть, если с изменением P изменять ω дизеля [1].
Исследования показывают, что уменьшение ω при снижении нагрузки позволяет сократить удельный расход топлива на 20…30 %. Одновременное изменение ω и P нагрузки обеспечивает также оптимальный тепловой режим работы дизеля, снижение износа и, следовательно,
повышает его моторесурс. Однако при этом должно выполняться требование f1=const при ω=var.
Построение системы Д−Г с переменной ω возможно на базе преобразователя частоты (ПЧ) (рис.1).
Устройство работает следующим образом. Электропривод рейки
топливного насоса ЭПН получает сигнал с блока вычислителя мощности
нагрузки ВМ, который соединен с выходами датчика напряжения ДН и
датчика тока ДТ, измеряющими соответственно напряжение и ток на выходе ПЧ. В зависимости от значения P задатчик экономичного режима работы дизеля ЗЭР формирует на своем выходе оптимальное значение частоты вращения ωопт вала дизеля, при которой потребление топлива
минимально для текущего значения P. С помощью сумматора сигналов,
входящего в состав ЭПН, вычисляется разность сигнала задания ωопт и
сигнала датчика частоты вращения вала дизеля ДЧВ. Сигнал от сумматора
поступает на вход регулятора частоты вращения РЧВ вала дизеля, который
с помощью исполнительного электродвигателя ИЭД, перемещающего рей126
Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода
изменять частоту вращения – в сторону увеличения или в сторону уменьшения. На следующем шаге происходит изменение ω на величину Δω2 ,
dge
которая меньше Δω1 на величину, пропорциональную
. Процесс поdω
вторяется до тех пор, пока изменение расхода топлива не станет меньше,
чем заданная величина ошибки ξ. Таким образом, "обучение" АП возможно в процессе эксплуатации системы, и заключается в том, что при изменении P частота вращения вала дизеля ω будет плавно изменяться до тех
пор, пока КО не "найдет" ее оптимальное, с точки зрения потребления топлива, значение. Найденное новое значение ωопт передается в АП. Далее
КО рассчитывает массив значений весов нейронных связей и передает их
АП. Для этого КО использует известный метод обратного распространения
ошибки.
ge
P
ge
P'
Δω3 <Δω2 < Δω1
g'опт
e
g 'e2
g '1e
ω
Рис. 3. Алгоритм определения значения ωопт
КУ обрабатывает сигналы с датчика потребления топлива ДТоп и
ВМ и формирует сигнал управления ИЭД, соответствующий ωопт для текущего значения P. Алгоритм работы КУ приведен на рис. 4. Блок ВМ вычисляет среднюю за заданный период времени мощность нагрузки дизеля.
Сигнал от ВМ поступает на вход КУ. Если происходит изменение мощности нагрузки ΔP на величину большую, чем некоторое заданное значение
изменения мощности ΔPзад, то устанавливается принадлежность текущего
среднего значения мощности нагрузки множеству дискретных значений P,
при которых производилось "обучение" ЗЭР ( P ∈ Pобуч ). Если новое значение P не относится к множеству Pобуч, то КО производит определение величины ωопт , соответствующей минимальному расходу топлива при данной мощности нагрузки P, и ”дообучение” АП логической паре ”P – ωопт ”.
129
Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3: в 5 ч. Ч. 4
Значение ωопт сохраняется в АП и поддерживается с помощью ИЭД на
валу дизеля.
Рис. 4. Алгоритм работы КУ
В случае, когда новое значение P принадлежит диапазону, в котором производилось «обучение», КУ передает его АП, в ответ принимая
величину ωопт . Затем для текущего значения P производится сравнение
ωопт со значением частоты вращения ω расч , хранящемся в энергонезависимой памяти типа Flash и рассчитанном методом линейной интерполяции
по накопленным в АП значениям ωопт для дискретных значений P. Если
расчетный и «ассоциативный» результаты существенно различаются на
величину, превышающую заданную величину ошибки ξ, то АП проходит
процесс “дообучения”. В противном случае сигнал задания передается
ИЭД. Таким образом, исключаются заведомо ложные значения ωопт .
Объектом управления ЭПН является дизель, который описывается
системой дифференциальных уравнений, характеризующей его динамические свойства [3]:
130
Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода
⎧ dφ
+ kφ = q − θ 2α д ;
⎪T
⎨ dt
⎪kq q = χ + θφφ ,
⎩
где φ - безразмерное изменение частоты вращения вала дизеля; q - безразмерное изменение цикловой подачи топлива; χ - безразмерное перемещение рейки топливного насоса; α д - безразмерное изменение нагрузки дизеля; kq - коэффициент самовыравнивания топливоподающей аппаратуры
дизеля; θ 2 - коэффициент усиления по настройке потребителя; θφ - коэффициент усиления топливоподающей аппаратуры дизеля; k – коэффициент
самовыравнивания дизеля; Т – время собственно дизеля.
На основе уравнений дизеля и уравнений Парка−Горева, описывающих процессы в СГ, разработана структурная схема системы автоматического регулирования Д - Г установки. Система регулирования содержит
три канала: по частоте вращения ω вала дизеля, частоте f1 и амплитуде U1m
выходного напряжения СГ.
Работа системы Д-Г с переменной частотой вращения вала обеспечит экономию топливных ресурсов. Применение дизелей с переменной
частотой вращения вала требует нового похода к управлению топливоподачей, который возможно реализовать на базе интеллектуального электропривода с системой управления, построенной на базе нейронной сети.
Список литературы
1. Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе
машины двойного питания. Н.Новгород: НГТУ, 2000.
2. Дарьенков А.Б., Хватов О.С. Автономная высокоэффективная
электрогенерирующая станция /Труды Нижегородского государственного
технического университета. Н.Новгород, 2009. С. 68-72.
3. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1979.
615 с.
O. Xvatov, A. Dar`enkov
Intelligent controls of highly effective the diesel-generator installation of variable
frequency of rotation
The description of the flow sheets of diesel electric power station based on a synchro
generator and characterized by alternating frequency rotation of shaft is presented. The consideration of the flow sheet and algorithm of operation for diesel generator set characterized
by alternating frequency rotation of shaft are considered.
Key words: optimum operating mode of a diesel engine, frequency of rotation of a
shaft, synchronous generators.
Получено 06.07.10
131
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа